【摘 要】
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随着经济、科技的迅猛发展，蕴藏着的巨大能源资源的海洋尤其是深海越来越引起各国关注，更是各国政治、军事关注的热点。海洋环境中，洋流复杂、非确定性因素很多，自主水下航行器AUV(Autonomous Underwater Vehicle)成为探索海洋的重要工具，在海洋环境的探测与建模、海底搜索及水下管道检修等方面的研究中发挥着重要作用。本文旨在研究欠驱动自主水下航行器AUV(Autonomous un
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随着经济、科技的迅猛发展，蕴藏着的巨大能源资源的海洋尤其是深海越来越引起各国关注，更是各国政治、军事关注的热点。海洋环境中，洋流复杂、非确定性因素很多，自主水下航行器AUV(Autonomous Underwater Vehicle)成为探索海洋的重要工具，在海洋环境的探测与建模、海底搜索及水下管道检修等方面的研究中发挥着重要作用。本文旨在研究欠驱动自主水下航行器AUV(Autonomous underwater vehicle)的水平面轨迹跟踪控制问题。
首先，基于已定义的坐标系以及AUV的运动参数，分析得到了AUV的运动学模型和动力学模型。考虑海流因素，建立了海流环境下的AUV模型。
然后，针对深海环境中常值海流对AUV轨迹跟踪精度的影响，本文基于Backstepping技术，设计了一种海流观测器，通过调节海流观测器的控制参数可以保证海流观测器的稳定性，仿真结果表明所设计的海流观测器能有效的预估海流速度且具有稳定性。
其次，采用Backstepping技术设计反演轨迹跟踪控制器，设计过程中一方面将海流估计值引入虚拟控制量，提高了轨迹跟踪的精度；另一方面，本文所设计的纵向虚拟控制量随时间而发生变化，可以更有效的跟踪速度时变的轨迹。仿真结果表明所设计的控制器稳定且跟踪轨迹性能优秀。
最后，针对已提出的反演轨迹跟踪控制器不能很好的解决欠驱动AUV航行过程中系数的不确定性，以及环境中其他时变干扰的问题，本文结合自适应控制方法和滑模变结构控制方法，设计了AUV水平面轨迹跟踪的自适应反演滑模控制器，弥补了反演控制理论中需要精确的建模信息和扰动信息的不足，同时避免了控制率中存在高阶导数的复杂形式。仿真结果显示提出的基于海流观测的自适应反演滑模轨迹跟踪控制器跟踪轨迹性能优于基于海流观测的反演轨迹跟踪控制器。
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